西南岩溶区植被碳循环研究进展

由于岩溶关键带是地球关键带系统中重要的部分,岩溶区的植被是陆地生态系统重要的碳汇项,岩溶区植被的地上部分通过植物生长固碳的同时其地下部分的碳储量也非常可观,地下生物量生长和凋落物分解也会提高土壤有机碳和无机碳的含量,因此岩溶区植被碳循环已成为当前岩溶碳汇研究的热点之一。该文梳理了近四十年来岩溶植被固碳过程的研究文献,阐述了西南岩溶区植被特有的生理学特征,重点论述了以下4个方面的内容:(1)西南岩溶区植被生物量、生产力、碳储量评估;(2)西南岩溶区植被时空变化格局与碳源汇效应;(3)岩溶区植被碳利用特殊机制;(4)岩溶区植被碳循环模型预测与碳汇潜力。同时,提出了目前研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望,认为今后应在岩溶区植被碳循环的相关参数系统测定和机理过程研究,精细识别西南岩溶地区植被景观类型、量化固碳过程,以及对岩溶植被碳循环模型进行校正和修改等方面开展研究。该文可为深入理解岩溶区碳的时空演化规律、探索区域碳循环机理提供参考。     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

气候变暖对陆地生态系统碳循环的影响

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对全球陆地生态系统碳循环的影响巨大,揭示这一作用对于精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。该文综述了此领域近十几年来的主要研究工作,总结了陆地生态系统碳循环对气候变暖响应的主要内部机制及其过程,简述了相关模型的发展及其主要应用,并指出以往研究中存在的主要问题以及未来研究的主要方向。在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;6)尽管不同生态系统表现各异,总体上全球陆地生态系统表现为一个弱碳源。生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型陆续被开发出来用于研究工作,并取得了一定的成果,但是研究结果仍然存在很大的不确定性。在未来的数年甚至是数十年间,气候变暖与全球变化的其它表现间的协同影响将是下一步的研究重点,气候变暖和陆地生态系统间的双向反馈作用机制是进行更准确研究的理论基础,生态系统结构和功能对气候变化的适应性是准确理解和预测未来气候情景下陆地生态系统碳循环的前提。     

区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展

地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳循环和碳收支研究领域的国际前沿及其关键科学问题,并分析了我国在该研究领域的科技需求和发展方向。当前国际科学研究的热点和前沿领域主要包括:生态系统和区域碳储量和碳收支的清查、综合计量与碳汇认证,陆地生态系统碳通量的联网观测及其循环过程机制,陆地生态系统碳循环过程对气候变化响应野外控制试验,陆地生态系统水、碳、氮循环及其耦合关系机制和模拟模型研究等,同时指出在这些研究领域依然存在且急需解决的关键科学问题。我国近期的科技工作重点工作应该是努力构建天-地-空一体化的碳储量和碳收支动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

基于地面观测的陆地生态系统碳储量多源数据整合方法

陆地生态系统有机碳储量通常指一定面积的植被、土壤和凋落物的有机碳存储量总和。准确评估陆地生态系统碳储量现状和变化,对于揭示全球变化对陆地生态系统碳库的影响、指导政府决策者制定气候应对策略和评估现有措施的有效性等具有重要意义。地面观测数据是生态系统碳储量及其变化评估的重要数据源之一,但目前除少数生态站开展了长期地面数据观测外,绝大多数地面观测数据呈现出多源化、相互不匹配、时间不连续等特点;因此,迫切需要发展科学、规范化的多源数据整合方法,将这些多源、分散的地面观测数据整编形成长期系统的地面动态观测数据集,提高数据资源价值。从陆地生态系统碳储量组分及其基本算法着手,系统梳理了植被和土壤碳储量估算中植被不同器官生物量和碳含量、土壤碳含量、土壤容重等关键参数的观测现状,并详细介绍了这些关键参数的科学推导方法。此外,也进一步讨论了多源地面观测碳储量数据整合的方法,并展望了该方法体系未来的发展方向,期待能为后续相关研究提供可借鉴的规范性方法。     

The response of ecosystem carbon and nitrogen pools to experimental warming in grasslands: a meta-analysis

草地生态系统碳氮库对增温响应的整合分析 陆地生态系统碳氮耦合过程有可能改变全球碳循环对气候变化的敏感性。然而,碳氮的交互作用对陆地生态系统碳固存的贡献仍不明确。本研究采用Meta分析的方法量化了野外增温条件下草地碳氮储量的变化,并且进一步评估了3个主要的碳氮耦合过程(生态系统氮总量的变化,氮在植被和土壤之间的重新分配,植被与土壤碳氮比的变化)对草地碳固存的相对贡献。增温使得土壤、凋落物 和植被的碳氮比增加,并导致约2%的氮从土壤转移到植被和凋落物中。增温提高了植被和凋落物的碳储量(111.2 g m⁻²),而降低了土壤的碳储量(30.0 g m⁻²),由此可见,增温提高了整个草地生态系统的碳储量。碳氮比的变化是温度升高条件下草地碳储量增加的主要贡献者,氮的重新分配次之。相反,氮总量的减少则降低了生态系统的碳储量。这些结果表明,温度升高对草地生态系统碳氮储量的变化及其耦合过程具有显著的影响,建议生态模型考虑碳氮循环的交互作用,以便更准确地预测未来陆地碳储量的变化。     

贵州月亮山不同演替阶段亮叶水青冈林碳储量及其分配格局

林龄对森林生态系统碳储量及其在不同碳组分(植被、木质残体、凋落物和土壤)中的分配有着重要影响。亚热带森林在陆地生态系统碳循环中起着重要作用, 水青冈属(Fagus)植物是我国亚热带广泛分布的重要树种, 而有关水青冈林碳储量随林龄变化的研究在我国鲜有报道。该研究选取贵州月亮山3个演替阶段(林龄分别为33年、82年和208年)的亮叶水青冈(Fagus lucida)林为研究对象, 对其生态系统全组分的碳储量及其分配格局进行了调查与估算。研究发现, 随林龄增加, 亮叶水青冈林生态系统碳储量显著增加, 33年、82年和208年林分别为(186.9 ± 46.0)、(265.8 ± 82.3)和(515.1 ± 176.4) Mg·hm ^-2, 且生态系统碳储量的增加主要由植被碳储量(占比由32%增长至79%)贡献。凋落物与木质残体碳储量随林龄增加亦呈增加趋势, 但二者占生态系统碳储量的比例很小(<1%)。而不同林龄土壤碳储量无显著差异, 其占比由33年林的67%降至208年林的20%。这些结果验证了林龄对森林生态系统各组分碳储量及其分配的重要影响, 同时指出干扰和土地利用历史等对森林植物残体和土壤碳积累的重要作用。     

陆地生态系统碳循环模型研究概述

陆地碳循环研究是全球变化研究中的一个重要组成部分,而碳循环模型已成为目前研究陆地碳循环的必要手段.本文针对有关碳循环研究方面的进展,介绍了陆地碳循环模型的基本结构、碳循环过程中涉及的两个基本模型以及目前陆地生态系统碳循环模型的两大类型,并通过对现有主要陆地生态系统碳收支模式的分析,指出了未来陆地碳循环模型的研究方向可能是发展基于动态植被的生物物理模型.这种耦合模型也可能是地球系统模式的重要组成部分.     

Changes in carbon storages of Fagus forest ecosystems along an elevational gradient on Mt. Fanjingshan in Southwest China

森林生态系统碳库通常包括植被、土壤、凋落物与木质残体等几个组分。本研究旨在探讨中国一种重要的森林生态系统—水青冈林(Fagus L.)中这些碳库的沿海拔梯度格局变化及其驱动因子。在中国贵州省梵净山,沿海拔梯度(1095–1930 m)调查了9个水青冈林各碳库的碳储量。采用方差分解探讨了林龄、气候及其他因子对碳储量的影响,同时对梵净山与贵州和全球其他地区水青冈林的碳储量进行了比较。梵净山水青冈林生态系统碳储量在190.5–504.3 Mg C ha^–1之间,其主要组分包括植被碳库(33.7–73.9%)和土壤碳库(23.9–65.5%),而木质残体(0.05–3.1%)和凋落物(0.2–0.7%)对该生态系统碳储量的贡献不超过4%。随海拔升高,生态系统碳储量呈增加趋势,其中植被与木质残体碳库增加,而凋落物与土壤碳库无明显的变化趋势。对梵净山水青冈林,气候与林龄是其各组分碳储量海拔格局形成的主要原因;而对于全球水青冈林,林龄是其碳储量变化的主导因子。相比全球其他地区的水青冈林,贵州水青冈林具有较高的植被碳储量积累速率,这可能与贵州较高的降水量有关。本研究结果有助于理解中国水青冈林碳收支及其在区域碳循环中的可能作用,同时强调了林龄与气候对碳积累的重要性。     

Ecosystem carbon stock and within-system distribution in successional Fagus lucida forests in Mt. Yueliang,Guizhou, China

林龄对森林生态系统碳储量及其在不同碳组分(植被、木质残体、凋落物和土壤)中的分配有着重要影响。亚热带森林在陆地生态系统碳循环中起着重要作用, 水青冈属(Fagus)植物是我国亚热带广泛分布的重要树种, 而有关水青冈林碳储量随林龄变化的研究在我国鲜有报道。该研究选取贵州月亮山3个演替阶段(林龄分别为33年、82年和208年)的亮叶水青冈(Fagus lucida)林为研究对象, 对其生态系统全组分的碳储量及其分配格局进行了调查与估算。研究发现, 随林龄增加, 亮叶水青冈林生态系统碳储量显著增加, 33年、82年和208年林分别为(186.9 ± 46.0)、(265.8 ± 82.3)和(515.1 ± 176.4) Mg·hm ^-2, 且生态系统碳储量的增加主要由植被碳储量(占比由32%增长至79%)贡献。凋落物与木质残体碳储量随林龄增加亦呈增加趋势, 但二者占生态系统碳储量的比例很小(<1%)。而不同林龄土壤碳储量无显著差异, 其占比由33年林的67%降至208年林的20%。这些结果验证了林龄对森林生态系统各组分碳储量及其分配的重要影响, 同时指出干扰和土地利用历史等对森林植物残体和土壤碳积累的重要作用。     

湿地碳循环过程与计算机模拟研究

湿地是地球4大陆地生态系统之一,全球湿地碳储量(450Pg C)约占陆地生态圈总碳量的20％。湿地系统因兼有“碳源”与“碳汇”的双重角色,其碳循环对大气全球碳收支以及与之有关的全球气候变化可能有重要影响。本文概述了湿地生态系统变化与碳排放的关系、湿地碳循环基本过程及其主要影响因子和湿地碳循环计算机模拟研究进展,提出了拟进一步研究的重要问题。     

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。     

东亚地区碳循环研究新进展

近百年来,温室效应的日益加剧,引发了全球温暖化、海平面上升等一系列重大环境问题,碳循环研究因此而受到全球范围的普遍关注和重视.东亚地区因其独特的气候特征,多样化的物种和生态系统,以及活跃的人类活动而成为世界碳循环研究中不可或缺的一部分.在中、日、韩三国联合启动东亚碳循环前沿研究计划(A3 Foresight Program)三周年之际,《中国科学生命科学》(Science China Life Sciences)2010年第7期发表了东亚地区碳循环研究专题,包括14篇述评和研究论文,从区域碳储量及其变化特征,不同地带森林生态系统的碳源汇变化,草地和农田生态系统的碳储量和碳循环研究中的新方法等多个方面系统展示了东亚地区碳循环研究的最新进展.     

陆地生态系统碳密度格局研究概述

 准确了解陆地生态系统中碳密度的时空格局及其影响因子和作用机制,对于估算和预测不同类型生态系统中的植被和土壤的碳存储能力、判定碳汇、制定缓解全球变化的合理政策措施,具有重要意义。该文综述了现有研究中发现的世界陆地生态系统碳密度空间分布的地带性规律及中国陆地生态系统碳密度格局的独特特点。在全球尺度上,植被碳密度分布与植物生物量格局基本一致,除北方森林外其余大部分随纬度升高而减小;土壤碳密度则随纬度升高而增大。陆地生态系统中北方森林和热带森林的总体碳密度最高,不同的是,前者的碳主要集中在土壤中,而后者则集中在植被中。但在区域尺度上,由于气候、地形及人类活动影响,这种规律性可能会发生变化甚至不起作用。水热条件、土壤养分、生物多样性、气候和大气CO2浓度的变化以及土地利用与覆盖变化等是碳密度空间格局形成和发生变化的驱动因子。在某一特定区域,它们通过直接或间接提高植被净初级生产力,抑制呼吸和分解作用来增加陆地生态系统碳密度。综合分析特定时空条件下各因子对碳存储量的影响是解释碳密度分布现状,预测碳密度格局变化的关键,但目前的研究对各项驱动因子的作用机制、影响强度及多个因子间的相互作用仍不是很清楚,需要加强该方面的研究力度。碳密度研究中的数据获取、机理分析和过程模拟等方面仍存在很大的不确定性,因此有必要建立规范统一的碳密度测量估算系统和更为精准有效的估算模型,进行多尺度、多精度水平的综合研究。     

中国北方典型灌丛的分布特征及气候限制

灌丛是中国北方常见的植被类型,随着全球变化进程加剧,全球和中国灌丛面积正逐年上升,成为陆地生态系统碳循环中愈加重要的组分.研究灌丛的分布规律及其驱动因子有助于了解植物对自然胁迫的适应机制以及环境变化对植被动态的影响.本研究基于2400个灌丛群落的野外调查数据,利用k均值聚类以及典范对应分析(canonical corr...     

黄龙山森林植被地上碳储量时空变化及驱动力

快速准确地估计植被地上碳储量及其动态变化,对评估森林固碳能力具有重要意义。以陕西省黄龙林区森林为研究对象,基于样地实测和卫星遥感数据,建立黄龙山林区植被地上碳储量模型,实现研究区2000-2021年长时间序列的森林植被地上碳储量的反演及时空分异研究。结果表明：（1）黄龙山森林植被地上碳储量平均值总体呈波动上升趋势,碳储量高于全省平均水平。（2）研究区东部、南部、中部及西北部是植被地上碳储量高值分布地区,且呈增加趋势;而东北部、西部和西南部植被地上碳储量较低,且呈减少趋势,研究区22年间森林植被地上部分固碳量增加,生产力提升。（3）年均温、年蒸散发量、年降水量和海拔是2000-2021年影响研究区森林植被地上碳储量空间分异主要因素;任意两个因子间的交互作用对黄龙山森林地上碳储量影响都大于单个因子,表明黄龙山森林植被地上碳储量在不同时间的空间分布受多种因素共同作用。年降水量对其空间分布影响逐渐减小,森林稳定性提高。研究在信息有限的基础上提出了快速估算地区植被地上碳储量的方法,了解了地区森林植被地上碳储量时空分异情况及其驱动因素,为掌握地区植被地上碳储量信息、评估森林固碳能力提供了重要依据。     

西南喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素

喀斯特石漠化已成为制约我国西南地区社会经济可持续发展最严重的生态地质环境问题,其恢复重建已成为我国社会经济建设中一项重要内容。土壤有机碳作为土壤质量评价的重要指标,可以综合反映土地生产力、环境健康功能,另一方面土壤有机碳也间接影响了陆地生物碳库,是陆地生态系统碳平衡的主要因子,它的转化和积累变化直接影响全球碳循环动态,已成为生态科学领域研究的热点之一。系统的总结了西南喀斯特石漠化地区不同土地覆被/土地利用、不同等级石漠化环境土壤有机碳的空间和季节分布特征。结合前人研究成果,进一步分析了影响喀斯特石漠化地区土壤有机碳分布的自然(气候、地形与土壤性质、植被等)和人为(土地覆被/土地利用变化、农业管理措施等)各因素,并提出增加喀斯特石漠化地区土壤有机碳含量的对策。研究结果为喀斯特石漠化退化生态系统恢复重建、石漠化地区土壤综合利用、增加碳截存应对全球碳循环减源增汇等提供了重要的科学参考。     

不同气候变化情景下荒漠草原生态系统碳动态模拟

荒漠草原生态系统对气候变化十分敏感,但其碳循环过程如何响应气候变化尚不明确。基于Biome-BGC模型和1958—2017年的气象观测资料,模拟了宁夏盐池荒漠草原生态系统在4种不同气候情景下的碳储量变化。结果表明:(1)4种气候情景下,盐池荒漠草原生态系统年均总碳储量在2.3208—2.3652 kg/m^2,土壤碳储量占总碳储量的94.03%,枯落物与植被碳储量分别占4.03%和1.94%。(2)近60 a间,基准情景下的土壤碳储量以每年0.0020 kg/m^2的速度累积,总碳储量呈波动性上升趋势。(3)植被、枯落物碳储量的年内变化与季节变化紧密相关,土壤碳储量在夏秋季较低,冬春较高。(4)单独的气温升高会导致土壤碳、植被碳及枯落物碳储量的略微降低,而单独降水波动增加会导致碳储量的明显增高,二者综合作用会导致碳储量的升高;此外,枯落物碳储量对气候变化的响应最敏感,其次是植被碳储量,土壤碳储量对气候变化的响应敏感度最低。研究结果揭示了荒漠草原碳储量随不同气候变化情景的变化规律,可为地方政府制定应对气候变化策略和生态恢复政策提供科学依据。     

陆地生态系统碳水循环的相互作用及其模拟

回顾了近年来陆地生态系统碳循环与水循环相互作用及模拟方面的进展,指出了今后该领域研究的重点和发展方向。陆地生态系统碳水循环是两个相互耦合的生态学过程,二者及其相互作用均受气候、大气成分和人类活动的影响,并对气候系统具有强烈的反馈作用,因而成为当前全球变化研究的热点。近年来,国内外开展了大量观测和模拟研究,分析了碳循环和水循环在不同时空尺度上的相互作用及其对环境因子和土地利用/覆被变化的响应,发现土壤水分条件对陆地生态系统碳循环的主要分量（光合和呼吸）均具有显著作用,但作用的强度在不同的生态系统存在差异。精确模拟土壤水分动态及其对碳循环的影响是陆地生态系统碳收支估算的基础,碳循环和水循环的耦合模拟是生态和水文模型发展的方向。目前,大部分模型在模拟土壤水分动态时,未考虑地形对土壤水分水平移动的影响,土壤水分对土壤异养呼吸影响的模拟也多采用经验性模型,制约了碳收支模拟的精度,需要加以解决。     

积雪对祁连山亚高山草甸土壤呼吸速率的影响

草地作为陆地生态系统的重要组成部分,是分布最广的植被类型之一,全球草地面积约占陆地面积的1/4,土壤碳储量约占全球总碳储量的1/5,在气候变化和陆地生态系统的碳循环方面起着重要作用。我国各类天然草原面积近4亿hm~2,约占国土面积的41.7%,草地的总碳储量约占陆地生态系统总碳储量的16.7%,其中土壤层占93.1%,在碳储量中占有重要的地位。土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的主要环节,其中草地土壤呼吸占陆地土壤呼吸量的5.6%,因此草地土壤碳库正成为草地生态系统研究的热点。祁连山草地资源丰富,亚高山草甸是祁连山自然保护区的基质景观。积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对土壤温度和土壤水分具有调控作用,是影响土壤呼吸的重要因素,但是目前关于积雪对土壤呼吸的影响研究少见。研究区选择祁连山中部天涝池流域,利用LI-8100开路式土壤碳通量测定系统,探讨了土壤不同融化状态下积雪对祁连山亚高山草甸生态系统呼吸速率和土壤呼吸速率的影响,并分析了地表温度和土壤温度、地表空气相对湿度和土壤体积含水量对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)雪覆盖降低了生态系统呼吸和土壤呼吸速率,但当日融化的积雪对次日生态系统呼吸有促进作用;(2)呼吸速率与土壤温度和地表温度呈显著指数关系(P0.01),与地表空气相对湿度呈线性相关关系。降雪后,全融土壤中呼吸速率与温度和地表空气相对湿度间的相关性好;(3)温度较高时,温度对呼吸速率的作用强;温度较低时,温度对呼吸速率的影响不大。